扩散的微观机制VIP免费

扩散的微观机制图 3.7 直接换位扩散模型图3.8 环形换位扩散模型（a）面心立方 3- 换位 （b）面心立方 4- 换位 （c）体心立方 4- 换位应该指出，环形换位机制以及其他扩散机制只有在特定条件下才能发生，一般情况下它们仅仅是下面讲述的间隙扩散和空位扩散的补充。二、间隙机制间隙扩散机制适合于间隙固溶体中间隙原子的扩散，这一机制已被大量实验所证实。 在间隙固溶体中， 尺寸较大的溶剂原子构成了固定的晶体点阵，而尺寸较小的间隙原子处在点阵的间隙中。由于固溶体中间隙数目较多， 而间隙原子数量又很少， 这就意味着在任何一个间隙原子周围几乎都是间隙位置， 这就为间隙原子的扩散提供了必要的结构条件。例如，碳固溶在γ -Fe 中形成的奥氏体，当奥氏体达到最大溶解度时，平均每2.5 个晶胞也只含有一个碳原子。这样，当某个间隙原子具有较高的能量时， 就会从一个间隙位置跳向相邻的另一个间隙位置，从而发生了间隙原子的扩散。图3.9（a）给出了面心立方结构中八面体间隙中心的位置，图3.9（b）是结构中（ 001 ）晶面上的原子排列。如果间隙原子由间隙1跳向间隙2，必须同时推开沿途两侧的溶剂原子3和4，引起点阵畸变；当它正好迁移至 3 和4 原子的中间位置时，引起的点阵畸变最大，畸变能也最大。畸变能构成了原子迁移的主要阻力。图3.10 描述了间隙原子在跳动过程中原子的自由能随所处位置的变化。当原子处在间隙中心的平衡位置时（如 1和2 位置），自由能最低，而处于两个相邻间隙的中间位置时， 自由能最高。 二者的自由能差就是原子要跨越的自由能垒，，称为原子的扩散激活能。扩散激活能是原子扩散的阻力，只有原子的自由能高于扩散激活能，才能发生扩散。 由于间隙原子较小，间隙扩散激活能较小，扩散比较容易。三、空位机制空位扩散机制适合于纯金属的自扩散和置换固溶体中原子的扩散，甚至在离子化合物和氧化物中也起主要作用，这种机制也已被实验所证实。在置换固溶体中， 由于溶质和溶剂原子的尺寸都较大，原子不太可能处在间隙中通过间隙进行扩散，而是通过空位进行扩散的。空位扩散与晶体中的空位浓度有直接关系。晶体在一定温度下总存在一定数量的空位， 温度越高， 空位数量越多， 因此在较高温度下在任一原子周围都有可能出现空位， 这便为原子扩散创造了结构上的有利条件。图3.11 给出面心立方晶体中原子的扩散过程。图3.11 （a）是（111 ）面的原子排列，如果在该面上的位置4出现...